航空机载设备电机轴承可靠性评估与寿命预测

• 作 者: 刘璐
• 出 处: 河南科技大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 滚动轴承 特征提取 主成分分析 可靠性 寿命预测

航空机载设备电机用滚动轴承是航空电力系统的重要组成部分,电机轴承的失效是诱发机载设备故障的重要原因,若机载设备出现故障,将会破坏整机运行的稳定性,甚至会危及机上人员的生命安全。因此,对航空机载设备电机轴承进行可靠性评估和寿命预测具有重要意义。设备的状态监测是能够及时获取运行设备状态信息的重要手段,也是设备可靠性评估和寿命预测的重要组成部分。对航空机载设备电机用滚动轴承进行状态监测,当轴承出现劣化特征时,便对其进行可靠性评估及剩余寿命预测,这对于合理安排设备的维修决策、防止突发性事故、降低维修成本和提高经济效益具有普遍的指导意义。滚动轴承的振动信号可以有效反映设备运行的动态特性及工作精度,展现出设备的性能退化规律。本文基于航空机载设备电机用滚动轴承的振动信号,进行电机用滚动轴承的可靠性评估和剩余寿命预测。论文的主要内容如下:(1)基于实际的典型故障轴承数据,提取了电机用滚动轴承在不同类型和不同程度故障下的时域、频域、时频域和统计特征参数。利用傅里叶变换、希尔伯特包络谱分析和小波包分解法等信号处理和分析方法,初步提取出不同分析域上面的特征指标,针对多特征指标存在不相关和冗余的情况,提出了一种基于主成分分析的电机用滚动轴承特征提取的方法。针对电机用滚动轴承在运行过程中存在的可靠性评估问题,研究了基于威布尔比例故障率模型的可靠性评估方法,并将降维融合之后的综合特征指标作为比例故障率模型的协变量。(2)针对单个电机用滚动轴承运行可靠性评估要求,同时克服传统可靠性分析方法存在的需建立在大量寿命试验数据的基础之上,在较短的试验周期内几乎没有失效数据的问题,提出了基于振动特征的比例故障率模型可靠性评估方法。采用极大似然函数法获取故障率函数的估计参数,将迭代算法与优化搜索算法相结合对似然函数进行优化,即可获得故障率模型的估计参数,建立电机用滚动轴承状态特征指标与可靠度之间的联系,实现电机用滚动轴承可靠性的评估。通过轴承寿命试验数据验证了该方法的有效性。(3)针对单个电机用滚动轴承剩余寿命的预测,研究了基于衰退特征的比例故障率模型。选取能够反映设备退化趋势的特征指标作为模型的输入,最终确定选用综合特征指标作为模型输入协变量。该模型是根据同类部件的历史寿命和状态监测数据进行构建的,然后将基于现有的监测数据预测出的特征指标输入到模型当中,以进行单个电机用滚动轴承剩余寿命的实时预测。该模型能够对渐进型轴承故障进行有效地预测,利用轴承的全寿命周期振动数据对该方法进行验证,最后给出了较精准的预测结果,符合实际应用需求。